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纯电动汽车锂离子动力电池组热特性分析及仿真研究

关注热度:127   来源:新能源学术论文  作者:辛乃龙
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【摘要】:我国一直在着手电动汽车相关技术的研发,通过国家863计划的的研发支持,我国电动汽车行业取得了快速发展,不仅攻克了一系列关键技术,而且自主研发的电动汽车整车产品已实现小批量生产,并进入市场销售环节,在某些技术领域已实现了与日美欧等国家同步发展。但是对于电动汽车特别是纯电动汽车的动力电池来说,在生产环节和使用环节还没有完善、全面的检测系统和管理系统。目前市场上能够买到的电池管理系统(BMS)具备数据采集模块、数据显示模块、高压和低压保护模块和电池荷电状态(SOC)估算与显示模块等,但是电池热管理模块还没有加到电池管理系统中去,因此有必要研究电池组的热管理系统,使电池组中各单体电池之间的温度差异较小,温度分布较均匀,改善动力电池的电化学性能,提高电池的充放电能力和使用寿命,使BMS的功能更加完善。 本文结合吉林省科技厅科技发展计划项目“纯电动高档商务客车研制”,以纯电动汽车用磷酸铁锂动力电池为研究对象,运用实验和仿真相结合的方法对电池组的生热温度场和散热温度场进行研究,为温控电池箱的整体设计提供技术支持。 本文的主要研究内容可以概括如下: 1.锂离子电池的热特性分析。通过分析锂离子电池的工作原理、结构和电化学特性,研究锂离子电池的生热机制,找出影响锂离子电池温度特性的因素,建立电池温升和环境温度之间的对应关系,确定了电池组放电效率的最佳温度区间。 2.锂离子电池组的生热温度场仿真分析。首先建立锂离子电池的热效应模型和生热速率模型,然后对电池热模型的导热系数、比热容和密度等参数进行计算,最后确定了热模型的初始条件和边界条件,实现了生热温度场的仿真,得到了电池组生热后的温度分布。 3.锂离子电池组的散热温度场仿真分析。首先介绍了各种传热介质的优缺点,确定了空气冷却的散热方式,同时采用并行通风的散热结构。然后分析了空气的流动方式,建立起了电池-空气的流固耦合模型。最后通过设置求解器方式和边界条件完成了电池组散热温度场的仿真,为温控电池箱的初步设计做出理论分析。 4.完成温控电池箱的的整体设计。首先提出了温控电池箱的总体设计方案,并进行了电池箱的功能描述,其次对电池箱的壳体和上下夹具做了详细的设计和空间上的布置,再次对散热设备和加热设备进行了比较和选型。最后对散热设备、加热设备和温度传感器的布置进行了详细的分析。
【关键词】:并行通风 电池热管理 生热温度场 散热温度场 温控电池箱
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TM912
【目录】:
  • 摘要4-6
  • ABSTRACT6-12
  • 第1章 绪论12-20
  • 1.1 电池组热管理系统的意义与目的12-13
  • 1.2 电池组热管理系统的主要功能13-14
  • 1.3 电池组热管理系统的国内外研究现状14-16
  • 1.4 目前纯电动汽车动力电池面临的主要问题16-18
  • 1.5 课题来源及论文主要研究内容18-20
  • 第2章 纯电动汽车锂离子动力电池热特性分析20-42
  • 2.1 锂离子电池的结构与工作原理20-23
  • 2.1.1 锂离子电池的结构20-21
  • 2.1.2 锂离子电池的工作原理21-23
  • 2.2 锂离子电池的特点及分类23-26
  • 2.2.1 锂离子电池的特点23-25
  • 2.2.2 锂离子电池的分类25-26
  • 2.3 锂离子电池的温度特性及温升实验26-35
  • 2.3.1 锂离子电池在低温下的性能特点26-27
  • 2.3.2 锂离子电池在高温下的性能特点27-28
  • 2.3.3 锂离子电池组充放电过程中的温升实验28-35
  • 2.4 锂离子电池的生热及传热机理分析35-39
  • 2.4.1 锂离子电池的生热机理35-37
  • 2.4.2 锂离子电池组传热特性分析37-39
  • 2.5 不同环境温度下锂离子电池组放电效率实验39-41
  • 2.6 本章小结41-42
  • 第3章 纯电动汽车锂离子动力电池组生热温度场仿真分析42-60
  • 3.1 锂离子电池组温度场仿真分析的目的42
  • 3.2 锂离子电池热效应模型的建立42-48
  • 3.2.1 锂离子电池热物性参数的获取44-46
  • 3.2.2 选取锂离子电池生热速率模型46-47
  • 3.2.3 热效应模型定解条件的确定47-48
  • 3.3 锂离子电池组生热的CFD分析48-57
  • 3.3.1 电池组几何模型的建立及网格的划分48-50
  • 3.3.2 电池热物性参数的确定、边界条件及求解控制器的设置50-53
  • 3.3.3 锂离子电池组生热的温度场仿真与分析53-57
  • 3.4 锂离子电池组生热温度场仿真与实验对比分析57-58
  • 3.5 本章小结58-60
  • 第4章 纯电动汽车锂离子动力电池组散热温度场仿真分析60-72
  • 4.1 锂离子动力电池组冷却方式的选择60-61
  • 4.2 锂离子动力电池组空冷散热系统的散热方式的选择61-62
  • 4.3 锂离子动力电池组散热系统的建模与温度场仿真62-70
  • 4.3.1 流固耦合模型的建立62-64
  • 4.3.2 湍流模型的选择64-66
  • 4.3.3 网格划分、材料属性与边界条件的设置66-68
  • 4.3.4 散热系统温度场仿真结果与分析68-70
  • 4.3.5 对比分析70
  • 4.4 本章小结70-72
  • 第5章 纯电动汽车温控电池箱初步设计72-80
  • 5.1 温控电池箱总体设计方案72-74
  • 5.2 温控电池箱的功能描述74
  • 5.3 温控电池箱加热系统的设计74-76
  • 5.4 散热设备和加热设备的选择76-79
  • 5.4.1 风机的选择与温度传感器的布置76-78
  • 5.4.2 电加热膜的选择78-79
  • 5.5 本章小结79-80
  • 第6章 全文总结及展望80-82
  • 6.1 全文总结80-81
  • 6.2 研究展望81-82
  • 参考文献82-86
  • 致谢86


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关键词: 并行通风

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